概念簡述
在有機化學中,將非 碳原子統稱為雜原子(hetero-atom),最常見的雜原子是 氮原子、 硫原子和 氧原子。環上含有雜原子的有機物稱為雜環化合物(heterocycle compound)。它們是數目最龐大的一類 有機物。
分類方法
按碳原子數
最常見的雜環化合物是五元和六元雜環及苯並雜環化合物等。
五元雜環化合物有:呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、咪唑等。六元雜環化合物有:吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪等。稠環雜環化合物有:吲哚、喹啉、蝶啶、吖啶等。雜環化合物中,最小的雜環為三元環,最常見的是五、六元環,其次是七元環。雜環的成環規律和碳環一樣,最穩定、最常見的雜環也是五元或六元的。
按芳香特徵
雜環化合物可分為脂雜環和芳雜環兩大類。沒有芳香特徵的雜環化合物稱為脂雜環化合物,一些脂雜環化合物如下:
具有芳香特徵的雜環化合物稱為芳雜環化合物,平時也簡稱雜環化合物。
芳雜環化合物可以分為單雜環和稠環(fused heterocycle)兩大類,稠雜環是由苯環與單雜環或兩個或多個單雜環稠並而成的
,舉例如下:
化學性質
五元雜環化合物
對於親電取代反應來說,雜原子都分別使環上碳原子的電子云密度升高並使環活化,他們都比苯活潑,其活潑性同苯酚、苯胺相似。它們都可以進行通常的 親電取代反應,如硝化、 磺化、鹵化和 Friedel-Crafts反應。由於它們的高度活潑性以及呋喃和吡咯對於無機 強酸的敏感性,其 親電取代反應需要比較溫和的條件。例如,呋喃和吡咯進行磺化時要用吡啶- 三氧化硫加成物;如用硫酸,環將被打開。
六元雜環化合物
與吡咯不同,吡啶氮原子上的未共用電子對不參與大π體系,可與質子結合。因此吡啶的鹼性比吡咯和苯胺強。由於氮的 電負性比碳大,吡啶環上的 電子云密度較低,且α位的電子云 密度比β位低。因此,吡啶與硝基苯類似,一般要在強烈條件下才能發生 親電取代反應,且主要在β位。
嘧啶的 親電取代反應比吡啶困難,其 親核取代反應則比吡啶容易。
稠雜環化合物
是指苯環與雜環稠合或雜環與雜環稠合在一起的化合物。常見的有喹啉、吲哚和嘌呤。